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La Ley de Frank-Starling: qué es y qué explica sobre el corazón

Veamos qué es la Ley de Frank-Starling, y qué nos dice sobre el bombeo de sangre del corazón.

Samuel Antonio Sánchez Amador

Samuel Antonio Sánchez Amador

La Ley de Frank-Starling

El corazón, junto con el cerebro y los pulmones, forma el triángulo de esencialidad fisiológica en los seres vivos. Este pequeño órgano (que equivale al 0,4% del peso corporal de una persona adulta) bombea unos 70 mililitros de sangre con cada latido, es decir, aproximadamente 5 litros de fluido por minuto.

Teniendo en cuenta que un ser humano posee de 4,5 a 6 litros de sangre en todo su cuerpo, podemos afirmar que el corazón bombea prácticamente la totalidad de este líquido en un intervalo de 60 segundos.

Este trabajo no sale gratis: un corazón puede quemar entre 0,9 y 1,2 kilocalorías por kilo de peso del individuo a la hora, lo que se traduce en unas 400-600 calorías al día. Gran parte de nuestro metabolismo basal (energía necesaria para vivir en reposo) se explica por la acción de este órgano y el cerebro, ya que están en continuo funcionamiento y suponen una verdadera factoría de consumo de recursos.

Podríamos pasar horas y horas recopilando datos curiosos sobre el corazón humano, pues realmente, este nos otorga la posibilidad de existir y nos define en gran parte como especie. De todas formas, hoy queremos hilar un poco más fino, entrar en términos más complejos y específicos: quédate con nosotros si quieres conocerlo todo sobre la ley de Frank-Starling.

El funcionamiento del corazón

En primer lugar, debemos cimentar una serie de mecanismos basales en lo que al flujo sanguíneo respecta. El corazón humano es un órgano muscular hueco con 4 cavidades (2 aurículas y 2 ventrículos) septadas, es decir, que están separadas de forma completa. Realizar esta distinción es esencial, pues otros vertebrados no humanos presentan corazones con septos parciales o sin ellos, así que se produce cierto grado de mezcla entre sangre oxigenada y desoxigenada. En nuestra especie, esto no es así.

El corazón bombea sangre a todas las partes del cuerpo, pero existe una distinción clara entre la que lleva oxígeno tras el paso por los pulmones (oxigenada) y la que vuelve a ellos para recoger O2 (desoxigenada). Los Centros para el Control y Prevención de Enfermedades (CDC) nos otorgan una idea general del bombeo de sangre en la siguiente lista:

  • La vena cava superior (VCS) y la vena cava inferior (VCI) son los dos conductos principales que permiten el retorno de la sangre desoxigenada al corazón.
  • Esta sangre desoxigenada ingresa al corazón por la aurícula derecha (AD), que posteriormente comunica la sangre al ventrículo derecho (VD).
  • El ventrículo derecho bombea la sangre hasta las arterias pulmonares, que se ramifican hasta pequeños capilares, situados en los alvéolos del pulmón.
  • La respiración humana posibilita que, en este punto, se intercambie a nivel capilar el dióxido de carbono de la sangre por oxígeno.
  • En resumen, la sangre retorna al corazón por la aurícula izquierda (AI), fluye al ventrículo izquierdo (VI) y este bombea la sangre a la arteria aorta, que distribuye la sangre oxigenada por el cuerpo.

Este ciclo describe únicamente la oxigenación y desoxigenación sanguínea, pues tampoco debes olvidar que la sangre pasa por el hígado, riñones y otros órganos para purificarse y depositar sustancias. Sin duda, describir el sistema circulatorio es una tarea mastodóntica digna de varios volúmenes de enciclopedia.

¿Cómo se aplica la ley de Frank-Starling a todo lo descrito?

La ley de Frank-Starling fue descrita a partir de los nombres de 2 investigadores especializados en fisiología: Otto Frank y Ernest Henry Starling, ambos profesionales en el ámbito de la anatomía del siglo XX. De todas formas, estos no fueron los primeros en postular y sospechar ciertas de las correlaciones que te mostramos a continuación.

Dicho de forma simple, la ley de Frank-Starling establece que el corazón posee una capacidad intrínseca para responder a volúmenes crecientes de flujo sanguíneo. En base a esta premisa, se espera que el gasto cardíaco (volumen de sangre expulsado por el ventrículo en un minuto) aumente o disminuya en respuesta a los cambios en la frecuencia cardíaca y volumen sistólico.

Pongamos un ejemplo: cuando una persona se levanta de su asiento, el gasto cardíaco disminuye, ya que la disminución de la presión venosa central (PVC) se traduce en una bajada del volumen sistólico (recordemos, es el volumen de sangre que el corazón expulsa hacia la aorta o arteria pulmonar en su contracción).

En resumen, la presión venosa central es importante en este caso, ya que define la presión de llenado del ventrículo derecho y, por ende, determina de forma directa el volumen sistólico de eyección sanguínea. Sabemos que esta terminología puede parecer bastante confusa, pero seguro que las fórmulas te ayudan a entender la ley aquí descrita un poco mejor.

Los fundamentos de la ley de Frank-Sterling

Trabajo cardíaco (D): volumen sistólico (VS) x frecuencia cardíaca (FC)

Recordamos que el trabajo o gasto cardíaco (D) hace referencia a la cantidad de sangre que expulsa un ventrículo del corazón en 60 segundos. Por otra parte, el volumen sistólico (VS) ejemplifica el volumen sanguíneo que expulsa el corazón hacia la aorta o arteria pulmonar. En último lugar, la frecuencia cardíaca (FC) es un parámetro que refleja el número de pulsaciones por unidad de tiempo.

Si tenemos en cuenta que (en una situación normal) una persona presenta un volumen sistólico de 60 mililitros por latido a razón de una frecuencia cardíaca de 75 latidos por minuto, obtenemos que el trabajo cardíaco total por minuto es de 4,5 litros, la cifra que te hemos mostrado al abrir este espacio.

Con base en esta premisa, la ley de Frank-Sterling nos explica que, a medida que el corazón es llenado con mayor volumen de sangre, la fuerza de la contracción aumentará de forma significativa. Dicho de otra forma, si una persona hace un esfuerzo muscular en un momento dado, aumentará el volumen de sangre retornado por el sistema venoso, así que el volumen sistólico (la fuerza de contracción del corazón) será mayor. Así se entiende un poco mejor este complejo mecanismo; ¿Verdad?

La ley y la anatomía del corazón

Esta teoría no solo se fundamenta de forma matemática, sino que tiene que presentar una explicación fisiológica que justifique lo postulado. La ley de Frank-Sterling se basa en la siguiente premisa: existe una relación entre la longitud inicial de las fibras miocárdicas (formadoras del músculo cardíaco) y la fuerza generada por la contracción del corazón.

El aumento de flujo sanguíneo en el retorno venoso se traduce en un mayor llenado del ventrículo, pues este es el encargado de recoger la sangre en el corazón. Esto promueve el estiramiento de las fibras miocárdicas del órgano, lo que se traduce en un aumento de la longitud de los sarcómeros (unidades musculares resultado del conjunto de fibras). Con un aumento de la longitud sarcomérica se posibilita una mayor generación de fuerza durante la contracción, así que el corazón es capaz de eyectar más sangre hacia las arterias (volumen sistólico).

En general, todo esto se puede resumir en una idea fácil de entender: si se llena más de sangre la cámara ventricular, las fibras musculares se alargan y se tensan más, lo que promueve la liberación de una fuerza más drástica para eyectar el exceso de sangre que ha llegado al corazón por las venas hacia las arterias. Quizá pecando de reduccionistas, se podría resumir como un “efecto goma”: cuanto más se estira algo por una presión externa, mayor será la fuerza con la que vuelva a su forma natural.

Resumen

En resumen, el ventrículo normal de un ser humano con el corazón “sano” es capaz de aumentar el volumen sistólico cuando le llega más sangre, con el fin de expulsar el exceso de fluido en la cámara. Por desgracia, esto no tiene por qué aplicarse a personas con problemas cardiovasculares, así que se pueden generar varios eventos clínicos en respuesta al “incumplimiento” de esta ley.

De todas formas, cabe destacar que no existe una “curva” de Frank-Sterling (que se puede generar a partir de lo presentado) aplicable en todos y cada uno de los casos. El ventrículo adopta diferentes formas en la curva, dependiendo del estado del corazón y de la naturaleza del periodo de poscarga. Si algo nos queda claro tras recorrer estas líneas, es que el corazón es un órgano mucho más intrincado de lo que podría parecer.

Referencias bibliográficas:

  • ¿Cómo funciona el corazón? Centros para la Prevención y el Control de las Enfermedades (CDC). Recogido a 11 de marzo en https://www.cdc.gov/ncbddd/spanish/heartdefects/howtheheartworks.html#:~:text=El%20flujo%20de%20sangre%20a%20trav%C3%A9s%20del%20coraz%C3%B3n&text=La%20sangre%20suministra%20ox%C3%ADgeno%20y,sangre%20se%20convierte%20en%20desoxigenada.
  • Frank-Sterling Mechanism. Cardiovascular Physiology Concepts. Recogido a 11 de marzo en https://www.cvphysiology.com/Cardiac%20Function/CF003
  • Saks, V., Dzeja, P., Schlattner, U., Vendelin, M., Terzic, A., & Wallimann, T. (2006). Cardiac system bioenergetics: metabolic basis of the Frank‐Starling law. The Journal of physiology, 571(2), 253-273.
  • Sequeira, V., & van der Velden, J. (2015). Historical perspective on heart function: the Frank–Starling Law. Biophysical reviews, 7(4), 421-447.
  • Solaro, R. J. (2007). Mechanisms of the Frank-Starling law of the heart: the beat goes on. Biophysical journal, 93(12), 4095.

Graduado en Biología por la Universidad de Alcalá de Henares (2018). Máster en Zoología en la Universidad Complutense de Madrid (2019). Durante su carrera estudiantil, se especializó en comportamiento animal, evolución, parasitología y adaptaciones morfológicas animales al medio. En su estancia en el Máster profundizó en mecanismos evolutivos y comportamientos. También formó parte de un equipo del Museo Nacional de Ciencias Naturales durante dos años, donde realizó investigaciones de índole evolutiva. Aquí adquirió extensos conocimientos sobre genética, heredabilidad y otras cuestiones relacionadas con el ADN. A día de hoy, se dedica a tiempo completo a la divulgación científica, realizando artículos de evolución animal y psicología y medicina humana.

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